浅谈风力发电机水冷系统及简单优化

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈风力发电机水冷系统及简单优 化 摘要：风电机组在发电过程中一 些器件如发电机、IGBT、滤波电容、 变桨电机等都会产生热量，其热量大小 取决于本身功率，热量过高会影响器件 的可靠性。为保证机组的正常运行，必 须配置相应的冷却系统将多余的热量带 走。当今风电技术发展迅速已由 KW 机 组向 MW 机组转变，更多电子器件体 积越来越小，器件的功能要求越来越高， 导致集成周围的热流密度越来越大，因 此冷却系统的作用更显重要。本文将重 点对变流冷却系统做简单的介绍，常见 的冷却故障解析处理以及简单的优化。 中国论文网 /2/view-12796775.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 关键词：热量;变流冷却系统; 故 障分析 Abstract: Wind turbine in power generation process in some devices such as generator, IGBT, a filter capacitor, variable propeller motor will generate heat, the heat depends on the size of power, the heat is too high will affect device reliability. In order to ensure the normal operation of unit, corresponding to the cooling system must be configured to excess heat away. The wind power technology is developing rapidly from KW to MW unit change, more electronic devices smaller and smaller, device and function of increasingly high demand, lead to an integrated around the heat flux density is more and more big, therefore the effect of cooling system is more important. This paper will focus on the variable flow cooling system to do a simple introduction, -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 common cooling failure analysis treatment and simple optimization. Key words: heat; variable flow cooling system; fault analysis 中图分类号: TM315 文献标识码:A 文章编号: 一、冷却系统的介绍 （一） 、冷却系统的作用 冷却系统的作用是将电子器件散 发的部分热量及时散发出去，保证电子 器件工作的稳定和可靠 （二） 冷却系统的分类 冷却系统分为风冷和水冷。风冷 是指以空气为冷却介质，MW 机组 Freqcon 变流器采用的是强迫风冷主动 温控技术，其优点为结构简单性价比高， 缺点为散热效率低，无法调节系统温度。 水冷是指以冷却液为冷却介质,MW 机 组 switch 主动整流型变流器采用的是水 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 冷主动温控技术。其优点为散热效率高， 缺点为结构复杂成本高。 （三）水冷系统的介绍 1、水冷系统的组成 水泵 水冷系统水循环动力源。例如用 3kw 电机拖动水泵工作，它正常工作过 程中一直处于运行状态。从而使管路中 的水不断地流动，把热量从变流器中带 走，在散热器处散到空气当中。水泵的 出口流量可以通过调节驱动电机的转速 来完成，当功率大时可以利用变频器控 制电机快速旋转，功率小时可以低速旋 转。可以避免电机长时间高速运转所带 来的损失。 三通阀 三通阀是一个分流装置。它的工 作原理是通过感温包膨胀和收缩来推动 三通阀阀芯的位置移动，从而控制和调 节内循环和外循环的混合液流量在混合 液温度低于 25时，混合液只会从内循 环流过，而不会通过塔筒外散热器，因 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 为如果塔筒内温度足够低的话，不需要 塔筒外散热器散热，变流柜温度也可以 降到正常工作温度。当混合液温度大于 25后，三通阀会逐渐打开，逐渐增大 外循环的流量，一直到混合液温度达到 40时，混合液会全部经过塔筒外散热 器循环，从而使水冷系统的散热能力达 到最大，从而来保证变流器工作在合适 的温度范围内。水冷系统采用的是机械 式三通阀，25 度开启三通阀，42 度全 部开启。储压罐 储压罐内氮气的静压力和管道中 的静压力必须保持一定的平衡，使得系 统停机的状态下储压罐中的水位处在靠 近中间的位置。这样当系统压力升高时， 储压罐气囊有足够的空间来缓冲增高的 压力。当系统压力降低时，又有足够的 余地让水位下降，而不至于无法缓冲管 道中的低压影响。如果不这么做，储压 罐中的过高或过低，会影响高压或者低 压的缓冲效果。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 电加热器 只有在水冷系统运行的条件下电 加热器才可以工作进行加热，电加热器 的启停是由主控程序来控制的。当变流 器有加热请求的时候，电加热器会开始 加热来调节变流器内部元器件等温度直 到变流器加热请求信号消失为止。另外 当系统水温低于 12的时候水冷系统也 会自动开始加热，直到水温高于 15 的时候才停止加热。另外，主控在就地 控制的状态下也可以强制水冷系统进行 加热，作为调试或冬天低温时系统启动 前的预热。 温度和压力传感器 水泵出口设有铜热电阻 PT100（进阀温度传感器） ，用来检测混 合液温度并根据此温度通过电气系统控 制电加热器的启/停，控制水/风冷却装 置风扇电机的启/停。另外在变流器出口 也设有一个铜热电阻 PT100，用来检测 冷却液在变流器后的回水温度 冷却液 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 为乙二醇和纯净水的混合液； 常温型：乙二醇：水：防腐剂 =49.5：50：0.5； 低温型：乙二醇：水：防腐剂 =56.5：43：0.5 2、水冷系统的工作原理 水冷系统的工作原理为水循环在 高温的变流器内吸热，在低温环境内放 热完成的是一个热量转移的过程。水泵 将管路循环水送入散热器，散热器把热 量散掉后将水送回水冷系统，水冷系统 再将水送入变流器。变流器内部进行热 交换后留回水冷系统。再次进入水泵进 行下一环节。冷却液由循环泵进入变流 器带走热量，出来后返回循环泵或是经 过散热片后返回循环泵进行下一次循环。 3、变流器散热参数 在变流过程中，由于损耗的存在， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 会有大量的热量聚集，其热量为 42KW，这些热量需要被水冷系统及时 带走，以维持和稳定变流器核心部件的 温度，使其温度在这些器件在允许的范 围内。 根据传热学，流体力学的公式以 及条件 Q=K* t* Fn Q 为传热量，K 为液侧总传热系 数，t 为传热平均温差，Fn 为液侧总 传热面积 输送流体（50%纯水和 50%乙二 醇） ，流体温度（10-70 摄氏度） ，总流 量 17.43m/h,扬程 32m,计算得出能够满 足风机水冷散热的目的。 二、 常见的水冷系统的故障解 析 （一） 、 常见的水冷故障 大少白山项目用的是水冷系统， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 水冷系统比较稳定，能够保障机组的正 常运行，但也会遇到一些故障，下面介 绍一下常见的故障。 1 、进阀压力低 故障说明 ：进阀压力低于设定 值； 故障时间 ：5s 故障设置值 0.9bar； 解释说明：风机检测到水冷系统 进阀压力持续 5s 低于 0.9bar，风机立 即报此故障。 2、 变流器警告故障 风机发电过程中，主控制 PLC 接收到变流器发送的警告信号，风机立 即报此故障。 （二） 、故障处理 1、 解决水冷进阀压力低故障 ，需要用加水机进行补充冷却液。需要 的工具有 加水机一台、10m 长插座一个。 人员至少 2 名。特别是大少白山项目现 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 场环境寒冷因此采用冷却液为低温型： 乙二醇：水：防腐剂=56.5：43：0.5 操作加水时应该先将水冷柜的开 关打开，同时打开加水机的电源开关， 然后注视着水冷系统的压力表，加水后 的静态压力达到压力值 3.4bar,循环压力 达到压力值 2.5bar。 2 、解决变流器警告故障 由于我国北方冬天的气候十分寒 冷，最低温度能达到近零下 40 摄氏度， 导致变流柜体温度低。分析报此故障原 因有两点，一、是经常限电（限电时常 有时近 10 几个小时） ，导致机组在恢复 运行的时候频繁报变流器警告故障，而 报这个故障通常是由于循环冷却液的温 度和变流柜柜体温度达不到设定值导致 的。这时就需要用循环泵循环进行加热， 由三通阀通过改变路径来控制内外循环 达到控制温度的目的，具体动作过程是 当水泵压力使弹簧压缩使通道打开通道， 当撞块直接动阀杆头部，使阀芯向下运 动，封死外循环通道，内循环通道打开， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 当阀杆不受力时候阀芯复位将封死内循 环通道，打开外循环通道。正常情况下 变流柜柜体加热和冷却水温度上升需要 2-3 小时可以达到设定温度。二、是当 三通阀损坏或者三通阀生锈卡死，冷却 液走外循环加热器加热不起来导致变流 柜温度达不到，温度值变化不明显，循 环一直是外循环。此时解决的办法通常 是更换新的三通阀。 三、水冷系统的优化设计 我国大多数风电厂风机数量较多， 现场维护人员给风机补水次数比较频繁。 平均每月要给风机进行加水作业。由于 风电厂离生活区较远，车辆行走的路途 也很远，这样在无形当中就增加了现场 的维护费用。下面简单介绍一下变流系 统自动补水装置。原理解析如下： 1 当水冷系统的压力低于正常运 行压力值时，注水泵开始运行，向水冷 系统内补水，直到系统压力正常时，注 水泵停止工作。 2 为防止水箱抽空，设有液位检 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 测装置，与电控装置系统互锁，当液位 低于警戒值时，停止注水泵运行，防止 水泵空转而烧毁电机。 3 水泵的出口设有单向的截止阀， 防止水冷系统的水箱倒灌入水箱。 4 水箱为全封闭结构，防止冷却 液与空气接触发生变质。 5 水箱上部安装有吸气阀，